DE1245451B

DE1245451B - Radar receiver with a video amplifier with a large dynamic range

Info

Publication number: DE1245451B
Application number: DEB67567A
Authority: DE
Inventors: William E Fickenscher; Oliver H Baust
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1961-06-07
Filing date: 1962-06-06
Publication date: 1967-07-27
Also published as: US3179936A

Description

DEUTSCHES WTWWl· PATENTAMTGERMAN WTWWl PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

DeutscheKl.: 21 a4-48/61 German class: 21 a4- 48/61

Nummer: 1245 451Number: 1245 451

Aktenzeichen: B 67567IX d/21 a4File number: B 67567IX d / 21 a4

J 24 5451 Anmeldetag: 6. Juni 1962J 24 5451 filing date: June 6, 1962

Auslegetag: 27. Juli 1967Opened on: July 27, 1967

Die Erfindung betrifft einen Radarempfänger mit einem Videoverstärker mit großem Dynamikumfang und derart selbsttätig einstellbarem Schwellwert, daß die mittlere Anzahl der pro Zeiteinheit zur Auswerteinrichtung gelangenden Impulse unabhängig vom Signal-Rausch-Verhältnis ist, bei welchem der Verstärker aus einer Kette von einzelnen Verstärkerstufen, deren Sättigungswerte, von der letzten zur ersten Stufe ansteigend, gegeneinander abgestuft sind, aus einer Addierschaltung sowie aus einer Reihe von die Eingänge aller Verstärkerstufen sowie den Ausgang der letzten Verstärkerstufe mit der Addierschaltung verbindenden Kopplungseinrichtungen besteht und bei welchem jede Kopplungseinrichtung eine Speicherschaltung mit kurzer Auflade- und langer Entladezeit und einen dieser nachgeschalteten und hinsichtlich seiner Übertrageeigenschaften durch die Ladung des Speichers in dem Sinne vorspannungsgesteuerten Verstärker enthält, daß er im wesentlichen sperrt, wenn die Ladung des Speichers einem so hohen Wert der integrierten Eingangsenergie entspricht, daß der die jeweilige Kopplungseinrichtung speisende Verstärker der Kette sich sättigt, nach Patentanmeldung B 67540 LXd/21 a4 (deutsche Auslegeschrift 1 238 077).The invention relates to a radar receiver with a video amplifier with a large dynamic range and automatically adjustable threshold value in such a way that the average number of times per unit of time for the evaluation device arriving impulses is independent of the signal-to-noise ratio at which the amplifier from a chain of individual amplifier stages, their saturation values, from the last to the first stage rising, are staggered against each other, from an adder circuit as well as from one Row of the inputs of all amplifier stages as well as the output of the last amplifier stage with the adder circuit connecting coupling devices and in which each coupling device a memory circuit with short charging and long discharging times and one downstream of these and with regard to its transfer properties by the charge of the memory in the sense of bias voltage-controlled Amplifier contains that it essentially blocks when the charge of the memory corresponds to such a high value of the integrated input energy that the respective coupling device feeding amplifier of the chain is saturated, according to patent application B 67540 LXd / 21 a4 (German interpretation document 1 238 077).

Wenn man an einen derartigen Radarempfänger eine Lageplan-Anzeigevorrichtung anschließt, um das erfaßte Echo zu beobachten, dann zeigt sich, daß in den Bereichen des Bildschirmes, in denen sich normalerweise Störungen bemerkbar machen, das Zielecho relativ schlecht zu sehen ist, wenn sich der Rauschpegel sehr schnell ändert. Durch diese Erscheinung wird die Leistungsfähigkeit des Empfängers nach dem Hauptpatent bei Verwendung mit einer Lageplan-Anzeigevorrichtung eingeschränkt. Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, den Gegenstand des Hauptpatentes derart weiterzubilden, daß dieser Mangel vermieden wird. Die Weiterentwicklung nach der vorliegenden Erfindung besteht, ausgehend von dem Empfänger nach dem Hauptpatent, darin, daß bei Einfügung einer Differentiationsschaltung vor und/oder in den Videoverstärker sowie Anschluß einer Lageplan-Anzeigevorrichtung an den Videoverstärker dieser Anzeigevorrichtung in an sich bekannter Weise eine Einrichtung vorgeschaltet ist, welche bei Eingangssignalen mit die Breite der Sendeimpulse überschreitender Breite (Störreflexionen) Austastimpulse erzeugt, die die von den Vorderflanken der längeren Eingangsimpulse stammenden Ausgangsimpulse des Verstärkers von der Anzeige ausschließen, und daß diese Einrichtung in dem Sinne mittels der vom Ausgang der Speicher-Radarempfänger mit einem Videoverstärker
mit großem DynamikumfangIf a site plan display device is connected to such a radar receiver in order to observe the detected echo, then it is found that in the areas of the screen in which interference is normally noticeable, the target echo can be seen relatively poorly when the noise level changes changes very quickly. This phenomenon limits the performance of the receiver according to the main patent when used with a site plan display device. The present invention has set itself the goal of developing the subject matter of the main patent in such a way that this deficiency is avoided. The further development according to the present invention, based on the receiver according to the main patent, consists in the fact that a device is connected upstream of this display device in a manner known per se when a differentiation circuit is inserted upstream and / or in the video amplifier and a site plan display device is connected to the video amplifier , which generates blanking pulses for input signals with the width of the transmission pulses exceeding the width (interference reflections), which exclude the output pulses of the amplifier originating from the leading edges of the longer input pulses from the display, and that this device in the sense of the from the output of the memory radar receiver with a video amplifier
with a large dynamic range

Zusatz zur Anmeldung: B 67540IX d/21 a4 Auslegeschrift 1238 077Addition to registration: B 67540IX d / 21 a4 Auslegeschrift 1238 077

Anmelder:Applicant:

The Bendix Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)The Bendix Corporation,
Detroit, me. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. K. A. Brose, Patentanwalt,
München-Pullach, Wiener Str. 2Dipl.-Ing. KA Brose, patent attorney,
Munich-Pullach, Wiener Str. 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Oliver H. Baust, William E. Fickenscher,Oliver H. Baust, William E. Fickenscher,

Baltimore, Md. (V. St. A.)Baltimore, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 7. Juni 1961 (115 438)V. St. v. America 7 June 1961 (115 438)

schaltung einer der letzten Kopplungseinrichtungen der Verstärkerkette abgenommenen Gleichspannung vorspannungsgesteuert ist, daß sie ab einer vorherbestimmten Höhe dieser Gleichspannung abgeschaltet wird.circuit of one of the last coupling devices of the amplifier chain removed DC voltage is bias controlled that it is switched off from a predetermined level of this DC voltage will.

In einer Weiterentwicklung des Empfängers nach der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Austastimpulse einen Schmitt-Trigger enthält, der die von dem im Verstärker befindlichen Detektor mit dem großen Dynamikumfang demodulierten Signale direkt auf den einen Eingang eines Koinzidenzkreises und durch ein Verzögerungsglied mit einer Verzögerung entsprechend der Impulsbreite der Sendeimpulse dem anderen Eingang dieses Koinzidenzkreises zuführt, und daß sie ein zweites, gleiche Verzögerung wie das erste aufweisendes Verzögerungsglied enthält, das das Ausgangssignal des Verstärkers vor der Wiedergabe auf die Lageplan-Anzeigevorrichtung verzögert, sowie einen Austastkreis, der beim Auftreten eines Koinzidenz-Ausgangssignals des Koinzidenzkreises das verzögerte Ausgangssignal des Verstärkers von der Anzeige fernhält.In a further development of the receiver according to the present invention it is provided that the The device for generating the blanking pulses contains a Schmitt trigger which is triggered by the in the amplifier located detector with the large dynamic range demodulated signals directly on the an input of a coincidence circuit and a delay element with a delay accordingly the pulse width of the transmission pulses is fed to the other input of this coincidence circle, and that it contains a second delay element which is the same as the first delay element which Delays the output of the amplifier before displaying it on the map display device, and a blanking circuit which, when a coincidence output signal of the coincidence circuit occurs Keeps the amplifier's delayed output signal away from the display.

709 618/185709 618/185

Im folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild dargestellt.In the following the invention with reference to the drawing is based on an exemplary embodiment described. A block diagram is shown in the drawing.

Der in dem erfindungsgemäßen Radarsystem verwendete Empfänger enthält eine ZF-Verstärkerstufe, die einen Detektor mit weitem Dynamikbereich aussteuert, der in einem Gebiet größer als 60 db nicht gesättigt ist. Das Ausgangssignal des Detektors wird differenziert und mehreren in Kaskade gleichstromgekoppelten Videoverstärkern zugeführt.The receiver used in the radar system according to the invention contains an IF amplifier stage, that controls a detector with a wide dynamic range that does not work in an area greater than 60 db is saturated. The output signal of the detector is differentiated and several are DC-coupled in cascade Video amplifiers fed.

Die zu jedem dieser Videoverstärker gelangenden Eingangssignale und das Ausgangssignal der letzten Videoverstärkerstufe gehen über getrennte Kopplungskreise zu einer Addieranordnung, die die von den Abgriffspunkten der Videoverstärker kommenden Ausgangssignale miteinander kombiniert. Die Kopplungskreise enthalten einen Dioden-Integratorkreis, der eine Gleichstromvorspannung erzeugt, die zur Steuerung eines in jedem Kopplungskanal enthaltenen Verstärkers bestimmt ist, wobei das System so eingestellt ist, daß die vom Integrator erzeugte Vorspannung den im eigenen Kanal enthaltenen Verstärker zur selben Zeit abschaltet, in der der entsprechende Videoverstärker mit der Sättigung beginnen würde. Daher werden schwache Signale in der gesamten Videoverstärkerkaskade verstärkt, während starke Signale, beginnend mit der letzten Stufe, die aufeinanderfolgenden Stufen sättigen, bis endlich bei einem Wert von 60 db über dem kleinsten aufnehmbaren Signal alle Stufen gesättigt sind. Die Verstärkung der verschiedenen Stufen ist so eingestellt, daß die Störamplitude am Eingang zur Addieranordnung die gleiche ist, ohne Rücksicht darauf, welcher Kanal das Eingangssignal liefert, das im Augenblick an der Addieranordnung zur Wirkung gelangt.The input signals going to each of these video amplifiers and the output signal of the last one Video amplifier stage go via separate coupling circuits to an adder arrangement, which is that of The output signals coming from the tapping points of the video amplifiers are combined with one another. the Coupling circuits contain a diode integrator circuit that creates a DC bias voltage that is intended to control an amplifier contained in each coupling channel, the system is set so that the bias voltage generated by the integrator affects the amplifier contained in its own channel switches off at the same time that the corresponding video amplifier begins to saturate would. Therefore, weak signals are amplified in the entire video amplifier cascade, while strong signals starting with the last stage saturate the successive stages until finally, at a value of 60 db above the smallest recordable signal, all stages are saturated. the The gain of the various stages is set so that the interference amplitude at the input to the adder is the same regardless of which channel is supplying the input signal that im Moment at the adding arrangement comes into effect.

Ein gemäß der Erfindung aufgebautes System enthält einen gebräuchlichen Impulsradarsender 41, der mittels einer Antenne 42 einen gerichteten Energiestrahl aussendet und über die gleiche Antenne von den Zielen kommende Echos empfängt. Die Echosignale werden über gebräuchliche Kristallmischer und Duplexerkreise aufgenommen, so daß eine Zwischenfrequenz geschaffen wird, die nach Wunsch in einem Vorverstärker verstärkt und einer Eingangsklemme des Radarempfängers zugeführt werden kann.A system constructed in accordance with the invention contains a customary pulse radar transmitter 41 which emits a directed energy beam by means of an antenna 42 and receives echoes coming from the targets via the same antenna. The echo signals are picked up via customary crystal mixers and duplexers so that an intermediate frequency is created which, if desired, can be amplified in a preamplifier and fed to an input terminal of the radar receiver.

Das für die Verstärkung von amplitudenmodulierten ZF-Signalen bestimmte Verstärkersystem enthält eine Eingangsklemme 11, über die die ZF-Signale einer ZF-Verstärkerstufe 12 angekoppelt werden. Das Ausgangssignal des ZF-Verstärkers 12 wird in einem Detektor 13 mit großem Dynamikbereich demoduliert, der in seinen Einzelheiten in der vorgenannten Anmeldung beschrieben ist. Die demodulierten Signale, die Impulsform aufweisen, werden in einem Kreis 14 kleiner (schneller) Zeitkonstante differenziert, von dem aus sie zum Eingang einer Videoverstärkerstufe 15 geführt werden. Die Videosignale werden in aufeinanderfolgenden Videostufen 16, 17, 18 und 19 verstärkt. Die jeder Videostufe 15 bis 19 zugeführten Eingangssignale und das Ausgangssignal des Videoverstärkers 19 werden jeweils über Kopplungskreise 22 bis 27 an eine Addieranordnung 21 angekoppelt, die sich dadurch auszeichnet, daß sie ein Ausgangssignal erzeugt, das der Summe der ihr zugeführten Eingangssignale ent-The amplifier system intended for amplifying amplitude-modulated IF signals contains an input terminal 11 via which the IF signals of an IF amplifier stage 12 are coupled. The output signal of the IF amplifier 12 is demodulated in a detector 13 with a large dynamic range, which is described in detail in the aforementioned application. The demodulated signals, which have a pulse shape, are differentiated in a circle 14 with a smaller (faster) time constant, from which they are fed to the input of a video amplifier stage 15. The video signals are amplified in successive video stages 16, 17, 18 and 19. The input signals fed to each video stage 15 to 19 and the output signal of the video amplifier 19 are each coupled via coupling circuits 22 to 27 to an adder arrangement 21 , which is characterized in that it generates an output signal that corresponds to the sum of the input signals fed to it.

spricht. Jeder Kopplungskreis 22 bis 27 enthält einen Diodenintegratorkreis 28, der einen Gleichstrompegel erzeugt, der dem zugeführten Geräuscheingang entspricht und der als eine Vorspannung einem Verstärker 29 zugeführt wird. Diese Vorspannung hat eine solche Größe, daß sie den Verstärker 29 bis zum Abschalten vorspannt, wenn die Videoverstärkerstufe, welche den Kopplungskreis aussteuert, sich zu sättigen beginnt. Der Pegel, bei dem der Verstärker 29 im Kopplungskreis 24 abgeschaltet wird, ist beispielsweise durch den Punkt bestimmt, an dem sich der Videoverstärker 16 zu sättigen beginnt. Das Ausgangssignal jedes Verstärkers 29 wird in einem Kreis 31 kleiner (schneller) Zeitkonstante differenziert, bevor es als eines der Eingangssignale der Addieranordnung 21 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Addierkreises 21 erscheint am Leiter 32 und bewirkt einen Betrieb mit konstantem Falschanzeigewert und im wesentlichen konstanter Empfindlichkeit über einen großen Dynamikbereich, wenn das System in geeigneter Weise eingestellt ist.speaks. Each coupling circuit 22 to 27 contains a diode integrator circuit 28 which generates a direct current level which corresponds to the supplied noise input and which is supplied to an amplifier 29 as a bias voltage. This bias voltage is of such a size that it biases the amplifier 29 until it is switched off when the video amplifier stage which controls the coupling circuit begins to saturate. The level at which the amplifier 29 in the coupling circuit 24 is switched off is determined, for example, by the point at which the video amplifier 16 begins to saturate. The output signal of each amplifier 29 is differentiated in a circle 31 with a smaller (faster) time constant before it is fed to the adder arrangement 21 as one of the input signals. The output of adder 21 appears on conductor 32 and causes constant false reading and substantially constant sensitivity operation over a wide dynamic range when the system is properly set up.

Das vom Detektor 13 kommende Ausgangssignal wird auch einem Verstärker 43 zugeführt, der demodulierte (gleichgerichtete) Impulse einem Schmitt-Auslösegenerator 44 liefert. Der Schmitt-Trigger 44 erzeugt Impulse gleicher Amplitude, deren Dauer derjenigen der ihm zugeführten Eingangsimpulse entspricht. Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 44 wird in einer Verzögerungseinrichtung (Verzögerungsleitung) 45 um einen Betrag verzögert, der gleich der Impulsbreite der vom Radargerät 41 gegesendeten Impulse ist. Das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung 45 wird als ein Eingangssignal einem UND-Kreis 46 zugeführt, der als anderes Eingangssignal das direkte, nicht verzögerte Ausgangssignal des Schmitt-Triggers 44 erhält. Der UND-Kreis erzeugt nur bei Impulsen, die länger als die vom Radargerät 41 augesendeten Impulse sind, ein Ausgangssignal, da nur für Impulse dieser Länge eine Koinzidenz der dem UND-Kreis 46 zugeführten Eingangssignale auftritt. Diese Ausgangssignale werden einem Torgenerator 47 zugeführt. Der Torgenerator 47 betätigt einen Austastkreis 48, der zur Vorderkante von Impulsen, die mit dem Ausgangssignal des UND-Kreises 46 zusammenfallen, ein Austastsignal hinzufügt. Ein vom Austastkreis 48 kommendes Austastsignal bewirkt über den Verstärker 49 und die Treiberstufe 51, daß bei der Wiedergabe in einem Polarkoordinaten-Anzeigegerät 52 die Vorderkante langer Impulse beseitigt wird.The output signal coming from the detector 13 is also fed to an amplifier 43 which supplies demodulated (rectified) pulses to a Schmitt trigger generator 44. The Schmitt trigger 44 generates pulses of the same amplitude, the duration of which corresponds to that of the input pulses supplied to it. The output signal of the Schmitt trigger 44 is delayed in a delay device (delay line) 45 by an amount which is equal to the pulse width of the pulses transmitted by the radar device 41. The output signal of the delay device 45 is fed as an input signal to an AND circuit 46 which receives the direct, non-delayed output signal of the Schmitt trigger 44 as another input signal. The AND circuit only generates an output signal for pulses which are longer than the pulses emitted by the radar device 41 , since the input signals supplied to the AND circuit 46 only coincide for pulses of this length. These output signals are fed to a gate generator 47. The gate generator 47 operates a blanking circuit 48 which adds a blanking signal to the leading edge of pulses which coincide with the output of the AND circuit 46 . A blanking signal coming from blanking circuit 48 has the effect, via amplifier 49 and driver stage 51, that the leading edge of long pulses is eliminated when reproduced in a polar coordinate display device 52.

Auf dem Anzeigegerät 52 werden Zielsignale dadurch wiedergegeben, daß vom Ausgang 32 der Addieranordnung 21 über eine Verzögerungsvorrichtung 53, die eine Verzögerung ähnlich derjenigen von der Verzögerungsvorrichtung 45 erzeugt, zugeführt werden. Diese Verzögerung macht es möglich, daß die Vorderkante langer Störreflexionssignale (»clutter«) gleichzeitig mit dem Beginn der Austastimpulse im Austastkreis 48 anlangen und daher durch die Wirkung dieses Kreises beseitigt werden. Wird kein Austastimpuls erzeugt, so laufen die Echosignale durch den Verstärker 49 und die Treiberstufe 51 und werden vom Anzeigegerät 52 wiedergegeben.Target signals are displayed on the display device 52 by being fed from the output 32 of the adding arrangement 21 via a delay device 53 which generates a delay similar to that of the delay device 45. This delay enables the leading edge of long clutter to arrive in blanking circuit 48 at the same time as the blanking pulses begin, and are therefore eliminated by the action of this circuit. If no blanking pulse is generated, the echo signals run through the amplifier 49 and the driver stage 51 and are displayed by the display device 52 .

Die für große Störsignalblocks erzeugten Austastsignale würden auch manchmal durch zahlreiche Geräuschspitzen erzeugt, die eine vielfache Zündung des Schmitt-Trigger-Kreises 44 bewirken würden, wodurch in fehlerhafter Weise eine Betätigung desThe blanking signals generated for large interfering signal blocks would also sometimes be generated by numerous noise peaks which would cause multiple firing of the Schmitt trigger circuit 44 , as a result of which the actuation of the

Claims

AND circuit 46 would occur and thus numerous undesired blanking signals would be generated. In order to prevent this undesired operation, a direct current bias voltage is taken from the integrator and coupling circuit 26 by means of a line 54 and, whenever the noise level in the coupling circuit 26 is high enough to generate the direct current bias voltage, it is fed to the amplifier 43 for disconnection. When the amplifier 43 is switched off, the noise peaks cannot run to the Schmitt trigger 44 and incorrectly generate blanking signals, the entire generation of strobe pulses for blanking purposes being halted until the noise bias in the coupling circuit 26 is reduced. In the radar system according to the invention, the demodulation or rectification followed by a differentiation at a low level over land areas provides a visibility that extends below the background noise. The video amplifier generates a constant false display value in the presence of (deliberate) interference or sea reflections, and the pulse width discriminator ensures that the leading edges of the interference are blanked ("clutter"). The sensitivity of this system is reduced in proportion to the amplitude of the noise-like component of the sea clutter, and the visibility below the sea clutter is proportional to the low frequency component of the reflections coming from the surface of the sea. It is thus avoided saturation of the display device, whereby it is possible to track targets within a sea reflection surface when the amplitude of the target is greater than the average noise level. Over land areas, the visibility below the interference changes with the shape (profile) of the interference reflections, from a fairly small value in areas with sharply broken-off interference peaks to 55 db in areas with uniform interference signals. (Intentional) permanent (CW) disturbances only slightly influence the sensitivity of the receiver in the dynamic range of the input preamplifier. Patent claims:

1. Radar receiver with a video amplifier with a large dynamic range and so automatic adjustable threshold that the average number of per unit of time to the evaluation device arriving impulses is independent of the signal-to-noise ratio at which the Amplifier from a chain of individual amplifier stages, their saturation values, from the last rising to the first stage, are staggered against each other, from an adding circuit as well from a series of the inputs of all amplifier stages as well as the output of the last

There is a stronger stage with the adder connecting coupling devices and in which each coupling device contains a storage circuit with short charging and long discharging times and one of these downstream and with regard to its transfer properties by the charge of the memory in the sense of bias-controlled amplifier that it essentially blocks when the charge of the memory corresponds to such a high value of the integrated input energy that the amplifier of the chain feeding the respective coupling device is saturated, according to patent application B 67540 IXd / 21a4 (German Auslegeschrift 1238 077), characterized in that when a differentiation circuit (14, 31) is inserted in front of and / or in the video amplifier (15 to 31) and connection of a site plan display device (52) to the video amplifier of this display device in a known manner a device (43 to 48) is connected upstream of the input signals with the width the transmission pulses exceeding width (interfering reflections) generated blanking pulses, which exclude the output pulses of the amplifier originating from the leading edges of the longer input pulses from the display, and that this device in the sense by means of the output of the memory circuit (28) one (26) of the last coupling devices the DC voltage taken from the amplifier chain is biased so that it is switched off from a predetermined level of this DC voltage.

2. Receiver according to claim 1, characterized in that the device for generating the blanking pulses contains a Schmitt trigger (44) which demodulated the signals demodulated by the detector (13) in the amplifier with the large dynamic range directly to one input of a coincidence circuit (46) and by a delay element (45) with a delay corresponding to the pulse width of the transmitted pulses to the other input of this coincidence circuit, and that it contains a second, same delay as the first delay element (53) , which the output signal of the amplifier before the Delayed reproduction on the site plan display device, and a blanking circuit (48) which, when a coincidence output signal of the coincidence circuit occurs, keeps the delayed output signal of the amplifier away from the display.

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1067090;
U.S. Patent No. 2,663,015;
RCA Review, 18 (1957), 1 (March), pp. 95 to 135.

1 sheet of drawings